עמידות לאנטיביוטיקה מוכרת כאחד האתגרים הדחופים ביותר לבריאות הציבור של המאה העשרים ואחת. כעת, מחקר חדש מראה שאפילו כמויות קטנות מאוד של אנטיביוטיקה המופיעות בדרך כלל באדמה, בנהרות, בשפכים ובמי נגר חקלאי עשויות להאיץ משמעותית את התפשטות הגנים העמידות לאנטיביוטיקה בקרב חיידקים.
המחקר, שפורסם ב ביולוגי מזהםחוקרת כיצד ארבע אנטיביוטיקות טיפוסיות שנמצאות בסביבה משפיעות הן על העברת גנים אנכית והן אופקית, שני המסלולים העיקריים שדרכם עוברים חיידקים עמידות. הצוות בדק טטרציקלין, אמפיצילין, קנאמיצין וסטרפטומיצין בריכוזים שנעו בין רמות סביבתיות נמוכות במיוחד לרמות תת-מעכבות. ריכוזים אלו מתגלים בדרך כלל בנהרות, באדמת אדמה חקלאית, בפעילות בעלי חיים ובשפכים של בתי חולים.
המדענים הקימו שלושה מודלים ניסויים כדי ללכוד כיצד מתפשטת ההתנגדות. המודל הראשון התמקד בהעברת גנים אנכית, המתייחסת למעבר של גנים מתאי אב לצאצאיהם. שני המודלים האחרים בחנו העברת גנים אופקית, כולל צימוד בין זני חיידקים שונים והתמרה, שבה חיידקים סופגים DNA חופשי מסביבתם.
התוצאות מגלות כי ריכוזי אנטיביוטיקה רלוונטיים לסביבה יכולים לייצב עמידות קיימת וגם לקדם התפתחות של תכונות עמידות חדשות. בניסויים בהעברת גנים אנכית, שלושה סוגי אנטיביוטיקה מלבד טטרציקלין עזרו לחיידקים עמידים לשמור על עמידות יציבה במשך עשרה ימי חשיפה. הצוות מצא שחלק מהזנים אף פיתחו עמידות צולבת לאנטיביוטיקה נוספת. סימולציות מתמטיות תמכו בתוצאות הניסוי וחזו שאוכלוסיות חיידקים עמידות ימשיכו לגדול ולהתמיד לאורך טווחי זמן ארוכים יותר.
ההשפעות על העברת גנים אופקית היו בולטות עוד יותר. ריכוזים נמוכים של אנטיביוטיקה, נמוכים כמו 0.005 מ"ג לליטר, הגבירו באופן משמעותי הן את התדירות והן את היעילות של הצימוד בין זני חיידקים. בהתאם לאנטיביוטיקה, מספר הטרנסקונjuגנטים גדל ביותר מפי חמישה. שיפורים דומים נצפו בניסויי טרנספורמציה, שבהם מספר החיידקים שספגו עמידות חיצונית הנושאים פלסמידים עלה עד פי שניים של שבע.
כדי להבין את המנגנונים הביולוגיים הבסיסיים, החוקרים מדדו שינויים במיני חמצן תגובתיים, חדירות קרום התא, רמות אנרגיה וביטוי גנים. הם גילו שאנטיביוטיקה במינון נמוך הגבירה את הלחץ החמצוני ושינתה את מבני הממברנה בדרכים שהפכו את התאים לקלוטים יותר להחלפת חומר גנטי. האנטיביוטיקה הפעילה גם גנים המעורבים בתגובת לחץ, הובלת ממברנה ותיקון DNA, שהם מווסתים מרכזיים של העברת גנים. במקביל, עליות ב-ATP הסלולרי סיפקו אנרגיה נוספת לתהליכי החלפה גנטיים.
יחד, הממצאים מצביעים על כך שאפילו זיהום אנטיביוטי מינימלי עשוי להגביר את התפשטות העמידות לאנטיביוטיקה במערכות אקולוגיות טבעיות ומהונדסות. המחקר מדגיש את החשיבות של שיפור ניהול אנטיביוטיקה, שליטה בפליטות לסביבה והערכה מחדש של שיטות טיפול בשפכים.
המחברים מציינים כי התוצאות שלהם מדגישות את הצורך בניטור ארוך טווח של שאריות אנטיביוטיקה במסגרות חקלאיות, קליניות ועירוניות. הם גם ממליצים לשלב ריכוזי אנטיביוטיקה רלוונטיים לסביבה בהערכות סיכון מיקרוביאליות עתידיות. מכיוון שעמידות לאנטיביוטיקה ממשיכה לאיים על הבריאות העולמית, ההבנה כיצד גנים של עמידות מתפשטים מחוץ לסביבות קליניות חיונית לפיתוח אסטרטגיות הפחתה יעילות.
